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F1: Betreff: Lösemittelverhalten von niederen Estern (Biodiesel) gegenüber Kunststoffen

Liebes Professor-Blume-Team!
Ich möchte mich zuerst von ganzem Herzen für Ihre Beiträge bedanken und kann sagen, dass ich sowohl mit Neugier als auch mit Hoffnung auf Antworten auf Ihren Seiten stöbere. Sie waren mir bereits schon oft eine große Hilfe.

Ich suche also eine fachlich Aussage zu folgendem Problem: Bei der Verwendung von Rapsölmethylester (Biodiesel) als Treibstoff für Fahrzeuge treten neben zahlreichen Vorteilen auch Nachteile auf: Zersetzung der Klebestellen im Kraftstoffeinfüllbereich, Beschädigung der Lackierung im Kraftstoffeinfüllbereich, Zersetzung von Dichtungen ..... Ich weiß, dass Biodiesel eine Estermischung ist und bestimmte Kunststoffe/ Gummi lösen kann. Ich suche nun nach strukturellen Merkmalen der Kunststoffe, an denen ich deren Löslichkeit in einem Ester möglicherweise erkennen kann und nach einem schematischen Ablauf eines derartigen Lösungsvorganges.
Ich bedanke mich schon im Voraus für Ihre Mühen und hoffe auf eine baldige Nachricht.
Herzlichst (…)

A1: Sie sprechen das Problem an, dass „Biodiesel“ oder „Biosprit“ schädlich für Motoren sind. Darüber berichten wir hier.

Es gibt derartig viele Kunststoffe, dass es schwer ist, generell zu sagen, welches Lösemittel welchen Stoff löst. Hinzu kommen noch Kunststoffmischungen oder Kunststoffe, die aus verschiedenen Monomertypen zusammengesetzt wurden.
Problematisch ist, dass es bei den meisten Lösemitteln kaum echte Lösungen gibt. Meistens quillt der Kunststoff in Kontakt mit dem Lösemittel nur auf. Andere bilden als Makromoleküle eher kolloidale Lösungen oder Gele.
Man muss das einfach ausprobieren – und dabei vor allen Dingen das Lösemittel über längere Zeit einwirken lassen. Dabei spielt auch die Temperatur eine wichtige Rolle.

F2: Vielen Dank für die schnelle Antwort. Aber könnten Sie vielleicht an einem speziellen (einfachen) Polymer die Wirkung eines Esters als Lösungsmittel erläutern?
Ich erwarte mit Spannung Ihren Vorschlag!

A2: Die langen Molekülketten eines Kunststoffs wie z. B. Polystyrol (ein besonders gegenüber Estern empfindlichen Kunststoff) werden durch van der Waals-Bindungen zusammengehalten und bilden kristalline Bereiche. Die hinzutretenden Estermoleküle bilden ebenfalls derartige Bindungen. Sie schieben sich zwischen die langen Ketten des Kunststoffkristalls und trennen sie so voneinander.
Wenn die Trennung nicht vollständig ist, weil die Molekülketten zum Beispiel quervernetzt sind, so quillt der Kunststoff nur - wenn er überhaupt auf das Lösemittel anspricht.

Das ist genauso wie bei den Makromolekülen der Stärke und Wasser als Lösemittel - nur geht es bei diesen vorrangig um Wasserstoffbrücken. Auch hier gibt es lösliche und unlösliche Verbindungen: Amylose (lösliche Stärke) und Amylopektin (Kleisterstärke).

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F: Ich habe kürzlich in einem Experiment Gummibärchen in Wasser "wachsen" lassen. Könnten Sie mir sagen, was dabei chemisch abläuft?

A: Das ist gar kein chemischer Vorgang, sondern ein physikalischer. Gummibärchen bestehen aus quellfähigem Material - wie zum Beispiel Gelatine. Dieser Stoff nimmt Wasser auf, was sich als Volumenzunahme bemerkbar macht. Sie können das Gummibärchen auch wieder schrumpfen lassen, indem sie es trocknen.

Nehmen Sie normale, käufliche Gelatine und legen sie diese ins Wasser. Dann beobachten Sie das Gleiche.

Über Gelatine & Co. berichten wir hier.

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F: Wir sind zwei Schülerinnen und nehmen am "Jugend-Forscht Wettbewerb 2009" teil. Doch leider funktioniert unser Projekt, die Zitronenbatterie, nicht. Unser Betreuungslehrer weiß aber auch nicht weshalb die LED (low-carrent) nicht leuchtet. Wir haben einige Zitronenbatterien hintereinander geschalten, doch wir wissen trotzdem nicht, an was es liegen könnte, das die LED nicht leuchtet. Es ist genug Spannung vorhanden, aber der Strom ist zu wenig. Wir haben Ihnen im Anhang unsere Experimente kurz aufgezeichnet, damit Ihnen ein Einblick verschafft wird. Vielleicht können Sie uns erklären, warum die Zitronenbatterie nicht funktioniert oder uns einen Tipp geben, was wir noch versuchen könnten.
Wir bitten um möglichst schnelle Antwort, da der Einsendeschluss unseres Wettbewerbs bereits am 20. Januar 2009 ist und wir noch vorher eine schriftliche Arbeit abfassen müssen.
Vielen Dank im Voraus!

A: Die Zitronenbatterie hat aufgrund des „zelligen“ Aufbaus des Zitronengewebes einen hohen inneren Widerstand. Deshalb ist zwar die Spannung relativ hoch, aber die Stromstärke sehr gering, so dass auch eine klassische low-current-LED nicht unbedingt ansprechen muss. Es gibt durchaus die Möglichkeit, LEDs auch bei Stromstärken in der Größenordnung von Mikroampere zu betreiben. Dazu bedarf es aber eines Elektronikfachmanns, der euch die Schaltung baut. Stichwort: Kondensatoren.

Mit Zitronensaft anstelle von Zitronen könnt ihr jedoch eine LED leicht zum Leuchten bringen…

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F: Betreff: Flammenfärbung von Borsäure

Ich befasse mich momentan mit Flammenfärbung in der Pyrotechnik, als Spezialgebiet für meine anstehende Matura (Österreichische form des Abitur). Als ich deshalb versuche mit bengalischem Feuer durchführte funktionierte die Färbung der Flamme mit Borsäure nicht. (Ich weiß, normalerweise wird für grünes bengalisches Feuer Barium verwendet, nicht Bor) Bei einer überprüfung mit Magnesiastäbchen färbte sich die Brennerflamme jedoch grün. Ich frage daher woran dies liegen kann. Verwendete Mischung: 1g Schellack 4g Kaliumchlorat 2g Borsäure Der Schellack verbrannte, ohne farbige flamme, die flamme des zum zünden verwendeten Ethanols färbte sich alledings grün.
Ich hoffe sie können mir weiterhelfen.

MfG (…)

A: Ganz einfach: Sie geben als Oxidationsmittel (was zur Demonstration der grünen Flammenfärbung durch Borverbindungen gar nicht nötig ist; klicken Sie hier) Kaliumchlorat zu – und das sogar noch im Überschuss! Dessen Flammenfarbe ist aufgrund des Kaliumanteils Purpur bzw. Magenta. Letztere und Grün sind Komplementärfarben, die sich unter diesen Bedingungen zu Weiß bzw. Farblos eliminieren…

Für Sie zur Info: Es gibt eine „Glasmacherseife“. Das ist Mangandioxid. Wenn man das zu einer farblosen Glasschmelze gibt, färbt es diese magenta. Das benutzt man, um bei der Verwendung von Recyclingglas Verunreinigungen durch falsch eingeworfenes grünes Glas zu beseitigen. Dadurch wird das Glas wieder farblos. Letztlich ist das also nur ein optischer Trick.

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F: Betreff: Latentwärmespeicher
Ich habe mit Interesse Ihre Anleitung zum Latentwärmespeicher gelesen. Die größte Herausforderung bei diesem Experiment ist leider, Natriumacetat überhaupt zu kaufen. Apotheken fühlen sich unzuständig und per Internet wird nur an gewerbliche Kunden verschickt. Wäre es nicht möglich, ein Experimentierpaket auf der Internetseite anzubieten?

A: Sie meinen den Tipp des Monats Nr. 19. Ein Experimentierpaket kann ich nicht anbieten, denn das bedeutete wegen der Vielfalt ein Gewerbe zu gründen. Auch ist der Handel mit Chemikalien rechtlich sehr schwierig und mit vielen juristischen Fallen gespickt…

Es gibt jedoch Chemikalienhandlungen, die Schulen beliefern. Sprechen Sie mit einer Lehrerperson; die kann Ihnen sicherlich behilflich sein.

Sie können aber auch versuchen, Natriumacetat selbst herzustellen. Dazu zersetzen Sie jeweils festes Natriumhydrogencarbonat (Natron) oder Natriumcarbonat (Soda) mit konzentrierter Essigsäurelösung (Haushaltsessig oder Essigessenz gehen auch). Lassen Sie anschließend die Lösung eindunsten. Achten Sie darauf, dass die Kristalle glasig bleiben und sich nicht zu weißen Bröseln umwandeln, denn sie verlieren leicht ihr Kristallwasser. Das spielt bei dem Latentwärmespeicher eine wichtige Rolle.

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